基于无人智能巡航机的井场非接触式数据采集系统的制作方法

该发明属于井场数据传输技术领域，尤其涉及一种基于无人智能巡航机的井场非接触式数据采集系统。

背景技术：

随着科技水平的不断进步提高，近些年来不少的油气生产企业提出了油田建设智慧化、智能化的发展方向。其中作为数字油田的基础，油区井场的一级采集数据（井场各设备的温度、压力、电参、功图等数据信息）为后续油区预警、控制以及满足油田生产中的各项需求提供了最底层的数据支撑。然而发明人在研究过程中发现，现有的井场数据采集系统依然存在有诸多的缺陷。例如：一方面，现有井场数据采集系统架构复杂，其安装、维护成本居高不下，尤其对于废弃井以及低产量井而言，配置后势必导致井场入不敷出；另一方面，现有井场数据采集系统大多采用基站或公共数据网络实现采集数据的传输，其数据传输稳定性无法得到保证，且保密性较差，容易出现数据缺失甚至泄漏等严重问题。

技术实现要素：

本发明提供了一种基于无人智能巡航机的井场非接触式数据采集系统，该种基于无人智能巡航机的井场非接触式数据采集系统结构简单，数据传输速度快且保密性更强。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种基于无人智能巡航机的井场非接触式数据采集系统，所述基于无人智能巡航机的井场非接触式数据采集系统由地面数据中继采集模块与无人机数据采集模块两部分构成；

其中，地面数据中继采集模块包括有与井场中各设备一一通信连接的处理器单元、滤波电路以及调制电路；

无人机数据采集模块包括有无人智能巡航机、以及挂载在无人智能巡航机上的解调电路、放大电路、峰值检测电路、数据传输控制电路、存储单元；

所述调制电路与所述解调电路通过连续相位调制方式建立非接触式数据通信连接。

优选的，所述滤波电路包括有低通滤波运算放大器；

其中，低通滤波运算放大器的正极输入端通过第一限流电阻与处理器单元的数据输出端相连，低通滤波运算放大器的负极输入端通过第二限流电阻接地；低通滤波运算放大器的负极输入端与运算放大器的输出端之间还设置有比较器电阻。

优选的，所述调制电路采用芯片型号为xr2206的函数发生器；其中，函数发生器的输入引脚与运算放大器的输出端相连，用以接收经滤波处理后的处理器单元采集所得井场中各设备的数据信息；函数发生器的第一定时电阻引脚、第二定时电阻引脚分别对地接有定时电阻相连接，函数发生器的第一定时电容引脚、第二定时电容引脚之间连接有定时电容；函数发生器的输入引脚输出调制信号。

优选的，所述解调电路采用芯片型号为xr2211的单片锁相环；其中，单片锁相环的输入引脚收集调制电路发出的调制信号；单片锁相环的第一定时电容引脚、第二定时电容引脚之间连接有定时电容；单片锁相环的定时电阻引脚对地接有定时电阻；单片锁相环的数据输出引脚用于根据输入的调制信号解码得到解调信号。

优选的，所述峰值检测电路中包括有一级运放器、二极管以及二级运放器；其中，一级运放器的正极输入端与解调电路的输出端相连接，一级运放器的输出端与二极管的正极端相连接，一级运放器的负极输入端与与二极管的负极端相连接；二级运放器的正极输入端与二极管的负极端相连接；二级运放器的负极输入端与二级运放器的输出端相连接。

优选的，数据传输控制电路采用芯片型号为stc89c52的微型控制器；其中，微型控制器的数据输入引脚通过放大电路与解调电路的输出端相连接，微型控制器的外部中断引脚与峰值检测电路的输出端相连接，微型控制器的数据输出引脚与存储单元相连接。

本发明提供了一种基于无人智能巡航机的井场非接触式数据采集系统，该采集系统由地面数据中继采集模块与无人机数据采集模块两部分构成，其中，地面数据中继采集模块包括有处理器单元、滤波电路以及调制电路；无人机数据采集模块包括有无人智能巡航机、以及挂载在无人智能巡航机上的解调电路、放大电路、峰值检测电路、数据传输控制电路、存储单元。具有上述结构特征的基于无人智能巡航机的井场非接触式数据采集系统，其构造简单、操作方便，可应用于废弃井以及低产量井的井场数据采集、备份，实现数字化对井场设备状态的监控，为启停预警等操作提供帮助。

附图说明

图1为本发明提供的基于无人智能巡航机的井场非接触式数据采集系统的结构框图；

图2为本发明滤波电路的电路示意图；

图3为本发明调制电路的电路示意图；

图4为本发明解调电路的电路示意图；

图5为本发明峰值检测电路的电路示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种基于无人智能巡航机的井场非接触式数据采集系统，该种基于无人智能巡航机的井场非接触式数据采集系统结构简单，数据传输速度快且保密性更强。

如图1所示，一种基于无人智能巡航机的井场非接触式数据采集系统由两部分主体构造构成，分别是：地面数据中继采集模块与无人机数据采集模块。地面数据中继采集模块布置于待监测的井场地面，用于中继采集井场各设备的数据信息。具体的，地面数据中继采集模块中包括有处理器单元、滤波电路以及调制电路。其中，处理器单元与井场中各设备一一通信连接，用于将井场中各设备的数据信息集中收集起来，而后传递至滤波电路进行滤波降噪处理。

作为本发明的一种较为优选的实施方式，如图2所示，图2示出了一种滤波电路的电路示意图。具体的，滤波电路包括有低通滤波运算放大器lm2（用于进行同相低通滤波）。其中，该低通滤波运算放大器lm2的正极输入端通过第一限流电阻r21（第一限流电阻r21用于保护低通滤波运算放大器lm2的正极输入端）与处理器单元的数据输出端相连，低通滤波运算放大器lm2的负极输入端通过第二限流电阻r22（第二限流电阻r22用于保护低通滤波运算放大器的负极输入端）接地；低通滤波运算放大器lm2的负极输入端与运算放大器lm2的输出端之间还设置有比较器电阻rz。

而后将经滤波降噪处理后的井场各设备数据信息传递至调制电路处。如图3所示，图3示出了一种调制电路的电路示意图。调制电路采用芯片型号为xr2206的函数发生器。其中，xr2206是一种性能优良的单片集成函数发生器芯片，可用于产生高稳定度、高精度的正弦波、三角波和方波，并可通过调节占空比产生锯齿波和脉冲波，还可以通过外加电压的控制或相应的外围电路控制，来实现振幅调制和频率调制。其主要工作特性可描述为：a．电压电源10～26v；b．频率温度稳定性20ppm／℃；c．频率扫描范围2000：1；d．振荡频率为0．01hz～lmhz；e．正弦波失真度0.5％；f．键控电平1.4v；g．正弦波输出阻抗600ω；h．功耗≤750mw。

具体的，函数发生器的输入引脚（fski端）与运算放大器lm2的输出端相连，用以接收经滤波处理后的处理器单元采集所得井场中各设备的数据信息；函数发生器的输入引脚（sto端）输出调制信号。而函数发生器的第一定时电阻引脚（tr1端）、第二定时电阻引脚（tr1端）分别对地接有定时电阻r31、定时电阻r32相连接，函数发生器的第一定时电容引脚（tc1端）、第二定时电容（tc2端）引脚之间连接有定时电容c31（定时电容c31电容值优选1000pf）；值得注意的是，当输入引脚输出带调制的井场中各设备的数据信息时，控制选择第一定时电阻引脚或第二定时电阻引脚介入压控振荡器以便改变振荡频率。例如：当输入引脚输入高电平时，第一定时电阻引脚的定时电阻接入压控振荡器，从而产生传号频率；当输入引脚输入低电平时，第二定时电阻引脚的定时电阻接入压控振荡器，从而产生空号频率（用于最终实现频移键控，完成fsk调制过程）。

在地面数据中继采集模块将井场内各设备的数据中继采集完成后，由技术人员控制无人机数据采集模块对中继采集所得数据进行无线转存工作。具体的，该无人机数据采集模块中包括有无人智能巡航机、以及挂载在无人智能巡航机上的解调电路、放大电路、峰值检测电路、数据传输控制电路、存储单元。其中，无人智能巡航机部分主要依靠的是自动巡航、定位、悬停等功能，并考虑无人智能巡航机的尺寸、重量、供电方式、工作温度等产品参数，技术人员通过无线电遥控和/或自备的飞行姿态程序，将无人智能巡航机送至指定位置，以便实现无人机数据采集模块与地面数据中继采集模块的无线数据传输以及通信。

而值得注意的是，作为本发明一种较为优选的实施方式，图4示出了一种解调电路的电路示意图。如图4所示，该解调电路优选采用芯片型号为xr2211的单片锁相环，该单片锁相环与调制电路相配合，通过连续相位调制方式建立非接触式数据通信连接。具体的，单片锁相环的输入引脚（fsk端）收集调制电路发出的调制信号；单片锁相环的第一定时电容引脚（tc1端）、第二定时电容（tc2端）引脚之间连接有定时电容c41；单片锁相环的定时电阻引脚（tr1端）对地接有定时电阻r41；单片锁相环的数据输出引脚（sto端）则用于根据输入的调制信号解码得到解调信号。需要补充说明的是，xr2211单片锁相环在解调过程中其内部的电路至少包括有环路鉴相器及相位检波器；其中，形成的环路鉴相器属于0°的差动鉴相器，形成的相位检波器属于90°的差动鉴相器。因此，该单片锁相环的具体工作过程可描述为：当输入引脚（fsk端）接收到输入信号后，该输入信号被分至两路，一路送到环路鉴相器中进行鉴相，另一路则送入至相位检波器中进行检波解码。若未检测到待解调信号，环路鉴相器则无比较差值产生，最终也不会产生输出信号（解调信号）；若检测到待解调信号，且频率为空号频率时，环路鉴相器则会产生差值并由输出引脚输出低电平的解调信号；而当有待解调信号，且频率为传号频率时，环路鉴相器会产生差值并由输出引脚输出高电平的解调信号，最终完成对调制信号的解调工作。

而后，解调所得数据经由数据传输控制电路控制最终存储至存储单元中。具体的，数据传输控制电路优选采用芯片型号为stc89c52的微型控制器；其中，微型控制器的数据输入引脚通过放大电路与解调电路的输出端相连接，微型控制器的数据输出引脚与存储单元相连接，微型控制器的外部中断引脚与峰值检测电路的输出端相连接。在此需要说明的是，stc89c52微型控制器作为数据传输控制电路实现数据存储属于本领域技术人员较为公知的技术，其各引脚功能以及配置方式在诸多文献中有着较为详细的记载，因此在本文中就不做一一赘述。而放大电路其设置目的在于提高解调信号数据存储过程中的存储效率，在此放大电路优选使用芯片型号为mxt118仪表放大器。其中，mxt118仪表放大器是一种低功耗高精度通用单片放大器，具有着非常低的输入失调电压和输入失调电压温度漂移系数，通过一个外接电阻，增益从1～10000可变。其主要特点可参考如下：低输入失调电压50μv；低温度漂移系数0.5μv/℃；低输入偏置电流5na；高共模抑制比cmrr110db；宽电源电压范围±1.35～±18v；输入保护±40v；低静态电流350μa。而与微型控制器的外部中断引脚相连接的峰值检测电路，其设置目的在于保持对解调电路输出的解调数据的接收，直至出现中断操作。具体的，峰值检测电路如图5所示，图5示出了一种峰值检测电路。该峰值检测电路中包括有一级运放器lm51、二极管d51以及二级运放器lm52；其中，一级运放器lm51的正极输入端（vin端）与解调电路的输出端相连接；一级运放器lm51的输出端与二极管d51的正极端相连接，一级运放器lm51的负极输入端与与二极管d51的负极端相连接；而较为优选的，一级运放器lm51的正极输入端与解调电路的输出端还设置有用于起保护作用的限流电阻r51。二级运放器lm52的正极输入端与二极管lm51的负极端相连接；二级运放器lm52的负极输入端与二级运放器lm52的输出端（vout端）相连接。需要说明的是，一级运放器lm51与二极管d51用于构成峰值检测部分：当输入数据到达峰值后，即使输入信号的正半周变小，一级运放器lm51提供的电压也会保持二极管d51持续导通；而二级运放器lm52则用于构成跟随部分：即当二极管d51导通后，二级运放器lm52会持续检测接收输入信号，直至出现一个新的更大的峰值或者电路被复位。

最后需要补充说明的是，当井场各设备的数据信息经中继、非接触式数据通信传输以及控制转存至存储单元的过程后，技术人员可进一步对存储单元中存储的数据进行二次加工计算，或上传数据云库进行云计算处理。

本发明提供了一种基于无人智能巡航机的井场非接触式数据采集系统，该采集系统由地面数据中继采集模块与无人机数据采集模块两部分构成，其中，地面数据中继采集模块包括有处理器单元、滤波电路以及调制电路；无人机数据采集模块包括有无人智能巡航机、以及挂载在无人智能巡航机上的解调电路、放大电路、峰值检测电路、数据传输控制电路、存储单元。具有上述结构特征的基于无人智能巡航机的井场非接触式数据采集系统，其构造简单、操作方便，可应用于废弃井以及低产量井的井场数据采集、备份，实现数字化对井场设备状态的监控，为启停预警等操作提供帮助。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。